DE4110727A1

DE4110727A1 - Torque sensor with lever-operated axial movement indicator - incorporates mutually immovable coils whose signals are modulated by relative displacement of indicator and reference element

Info

Publication number: DE4110727A1
Application number: DE4110727A
Authority: DE
Inventors: Franz Hrubes; Karlheinz Dr Timtner
Original assignee: Micro Epsilon Messtechnik GmbH and Co KG; Ringspann GmbH
Current assignee: Micro Epsilon Messtechnik GmbH and Co KG; Ringspann GmbH
Priority date: 1991-04-03
Filing date: 1991-04-03
Publication date: 1992-10-15
Anticipated expiration: 2011-04-04
Also published as: US5353648A; JP2518768B2; JPH05142071A; DE4110727C2

Abstract

The torque transmitted between two relatively rotatable elements (1, 2) acts on a lever (not depicted) producing an axial displacement of a position indicator (3). Two inductive or eddy-current sensors (4, 5) immovable w.r.t. each other are arranged in a displacement measurement device (6) between the surface (8) of the indicator (3) and a parallel reference surface (9). The sensor coils are energised from an oscillator, and their displacement signals demodulated, linearised and added, with compensation for thermal expansion. ADVANTAGE - Error-free and reproducible torque measurement is possible despite relative tilt of position indicator, reference element and displacement measurement device.

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehmomentgeber mit zwei zur Drehmomentübertragung dienenden, relativ zueinander verdrehbaren Teilen, einem Positionsgeber und einer mindestens zwei berührungslos arbeitende Sensoren aufweisenden Wegmeßeinrichtung zum Detektieren der axialen Position des Positionsgebers relativ zu einem Referenzteil, wobei die Teile über Biegebalken oder dgl. miteinander und über Hebel oder dgl. mit dem Positionsgeber verbunden sind, so daß es bei einer Drehmomentübertragung zwischen den Teilen zu einer drehmomentproportionalen Relativdrehung der Teile und über die Hebel zu einer Axialverschiebung des Positionsgebers kommt.The invention relates to a torque transmitter with two for torque transmission serving, rotatable relative to each other Share, a position transmitter and one at least two non-contact Position measuring device with working sensors for Detect the axial position of the position sensor relative to a reference part, the parts via bending beams or the like. with each other and with levers or the like with the position transmitter are connected so that there is a torque transmission between the parts for a torque-proportional relative rotation of the parts and over the levers to an axial displacement of the position encoder comes.

Ein Drehmomentgeber der in Rede stehenden Art ist aus der DE 39 07 707 A1 bekannt. Mit dem bekannten Drehmomentgeber ist die Messung eines durch ein drehbares Maschinenelement hindurch geleiteten Drehmoments mittels der unter axialer und/oder radialer Distanz mit dem Maschinenelement verbundenen Teilen möglich, wobei sich die Teile bei Durchleitung eines Drehmoments durch das Maschinenelement relativ zueinander verdrehen und wobei aufgrund der konstruktiven Ausführung die in Umfangsrichtung erfolgende Relativdrehung der Teile zwischen den Teilen mittels mehrerer über den Umfang verteilter, elastisch angelenkter Hebel in eine verstärkte Axialbewegung des als Geberring ausgeführten Positionsgebers übersetzt wird. Diese Axialbewegung des Positionsgebers dient als Maß für das übertragene Drehmoment. Hinsichtlich weiterer Details wird ausdrücklich auf die DE 39 07 707 A1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt ausdrücklich zum Inhalt der vorliegenden Patentanmeldung gemacht wird.A torque sensor of the type in question is from the DE 39 07 707 A1 known. With the known torque sensor the measurement of a through a rotatable machine element guided torque by means of the axial and / or radial Distance possible with parts connected to the machine element, with the parts passing through a torque twisted relative to each other by the machine element and wherein due to the structural design in the circumferential direction relative rotation of the parts between the parts by means of several elastically articulated distributed over the circumference Lever in an increased axial movement of the encoder ring executed position encoder is translated. This axial movement the position encoder serves as a measure of the transmitted Torque. With regard to further details, is expressly on referred to DE 39 07 707 A1, the disclosure content of which is express made the content of the present patent application becomes.

Für den bekannten Drehmomentgeber ist jedenfalls wesentlich, daß die Wegmeßeinrichtung zwei Sensoren aufweist, wobei beide Sensoren in gleiche Richtung messen, nämlich einerseits gegen die Fläche des Positionsgebers und andererseits gegen die Fläche eines Referenzteils. Der Positionsgeber und das Referenzteil sind ringförmig ausgeführt, wobei das Referenzteil radial innerhalb des Positionsgebers angeordnet ist. Des weiteren ist wesentlich, daß die Flächen des Positionsgebers und Referenzteils, gegen die die Sensoren der Wegmeßeinrichtung messen, im drehmomentfreien Zustand in einer Ebene liegen.In any case, it is essential for the known torque transmitter that the displacement measuring device has two sensors, both of which Measure sensors in the same direction, namely against one hand the surface of the position transmitter and on the other hand against the surface a reference part. The position encoder and the reference part are ring-shaped, the reference part is radial is arranged within the position encoder. Furthermore is essential that the surfaces of the position transmitter and reference part, against which the sensors of the measuring device measure, in torque-free state lie on one level.

Der zuvor erörterte, aus der DE 39 07 707 A1 bekannte Drehmomentgeber ist jedoch in der Praxis hinsichtlich seiner Meßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse äußerst problematisch. Dies macht sich insbesondere dann bemerkbar, wenn im Betrieb entweder die Anordnung des Positionsgebers und Referenzteils oder die Anordnung der Wegmeßeinrichtung mit den darin befindlichen Sensoren relativ zueinander geschwenkt bzw. verkippt werden. Ein solches Kippen beispielsweise der Sensoren hat eine Änderung der Abstände zwischen den Sensoren und den Flächen des Positionsgebers und des Referenzteils zur Folge, wobei sich die Abstände zu dem Positionsgeber bzw. zu dem Referenzteil unterschiedlich ändern. Dies wiederum verfälscht das Meßergebnis und somit das über die vorausgesetzte Wegproportionalität ermittelte Drehmoment, zumal von einer drehmomentproportionalen Axialverschiebung des Positionsgebers ausgegangen wird.The previously discussed torque generator known from DE 39 07 707 A1 however, is in practice regarding its measurement accuracy and reproducibility of the measurement results extremely problematic. This is particularly noticeable if in operation either the arrangement of the position transmitter and Reference part or the arrangement of the displacement measuring device with the sensors located therein pivoted relative to one another or be tilted. Such tilting of the sensors, for example has a change in the distances between the sensors and the Surfaces of the position transmitter and the reference part, the distances from the position transmitter or from the reference part change differently. This in turn falsifies it The result of the measurement and thus that of the assumed path proportionality determined torque, especially from a torque proportional Axial displacement of the position encoder assumed becomes.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Drehmomentgeber der in Rede stehenden Art so auszugestalten und weiterzubilden, daß fehlerfreie und reproduzierbare Drehmomentmessungen ungeachtet geringer Verkippungen zwischen Positionsgeber, Referenzteil und Wegmeßeinrichtung möglich sind.The invention is therefore based on the object, the torque transmitter of the kind in question in such a way that error-free and reproducible torque measurements regardless of slight tilting between position transmitter, reference part and position measuring device are possible.

Der erfindungsgemäße Drehmomentgeber löst die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1. Danach ist der eingangs genannte Drehmomentgeber so ausgestaltet, daß der Positionsgeber und das Referenzteil im wesentlichen parallel zueinander ausgebildete Flächen aufweisen und daß die Sensoren eine unveränderbare Relativlage zueinander haben und dabei derart angeordnet sind, daß sie gegen die Flächen in einander entgegengesetzter Richtung oder einander entgegengerichtet messen.The torque sensor according to the invention solves the foregoing Task by the features of claim 1. After that the aforementioned torque sensor designed so that the Position transmitter and the reference part essentially in parallel have mutually formed surfaces and that the sensors have an unchangeable relative position to each other and so are arranged so that they face each other in opposite directions Measure in the direction of or opposite to each other.

Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, daß der durch Verkippen beispielsweise der Wegmeßeinrichtung hervorgerufene Meßfehler darauf zurückzuführen ist, daß ein Verkippen der Wegmeßeinrichtung eine unterschiedliche Abstandsänderung zwischen den Sensoren und dem Positionsgeber bzw. dem Referenzteil mit sich bringt. Diese durch das Verkippen hervorgerufene unterschiedliche Abstandsänderung ist auf die zwangsweise Anordnung der Sensoren nebeneinander bzw. übereinander zurückzuführen. Weiter erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß die voranstehende Problematik dadurch gelöst werden kann, daß die Flächen des Positionsgebers und des Referenzteils, gegen die die Sensoren messen, im wesentlichen parallel zueinander ausgebildet sind. Mit anderen Worten bilden die Flächen des Positionsgebers und des Referenzteils - im Gegensatz zu dem zuvor erörterten Stand der Technik - unterschiedliche parallel zueinander angeordnete Ebenen. Des weiteren ist wesentlich, daß die Sensoren eine unveränderbare Relativlage zueinander haben und dabei in der Wegmeßeinrichtung derart angeordnet sind, daß sie gegen die parallelen Flächen des Positionsgebers und des Referenzteils entweder in einander entgegengesetzter Richtung, d. h. voneinander weg, oder einander entgegengerichtet, d. h. aufeinander zu, messen. Folglich wurde hier von dem Prinzip einer Anordnung der Sensoren nebeneinander und eines Messens in die gleiche Richtung gegen in einer Ebene liegende Flächen völlig abgewichen. Die erfindungsgemäße Anordnung von Positionsgeber und Referenzteil bzw. die erfindungsgemäße Anordnung der entsprechenden Flächen sowie die Anordnung der Sensoren bei unveränderbarer Relativlage zueinander bringen den Vorteil, daß zumindest bei ge gerinfügigem Kippen der Wegmeßeinrichtung relativ zu dem Positionsgeber bzw. Referenzteil sich der Abstand zwischen dem einen Sensor und dem Positionsgeber um den gleichen Betrag ändert wie der Abstand zwischen dem anderen Sensor und dem Referenzteil - jedoch mit anderem Vorzeichen. Mit anderen Worten erhöht sich beim Kippen oder Neigen der Wegmeßeinrichtung der Abstand zwischen dem einen Sensor und dem Positionsgeber um das gleiche Maß, wie sich der Abstand zwischen dem anderen Sensor und dem Referenzteil verringert oder umgekehrt. Diese Abhängigkeit bei fehlerbedingten Abstandsänderungen ermöglichen mühelos eine Fehlerkompensation, so daß die zu ermittelnden Drehmomente frei von solchen Fehlern und reproduzierbar sind.According to the invention it was first recognized that the tilting for example, measurement errors caused by the displacement measuring device is due to the fact that the displacement measuring device is tilted a different change in distance between the Sensors and the position sensor or the reference part with itself brings. These different ones caused by the tilting Distance change is due to the compulsory arrangement of the sensors side by side or one above the other. Continue According to the invention, it has been recognized that the above problem can be solved in that the surfaces of the position encoder and the reference part against which the sensors measure, are formed essentially parallel to each other. With in other words, the surfaces of the position transmitter and the Reference part - in contrast to the previously discussed state of the Technology - different levels arranged parallel to each other. Furthermore, it is essential that the sensors are unchangeable Have relative position to each other and in the path measuring device are arranged so that they are against the parallel Areas of the position transmitter and the reference part either in opposite directions, d. H. away from each other, or facing each other, d. H. towards each other, measure. Consequently, here was the principle of an arrangement of the sensors side by side and measuring in the same direction surfaces lying on one level deviated completely. The invention Arrangement of position transmitter and reference part or the arrangement of the corresponding surfaces according to the invention as well as the arrangement of the sensors with an unchangeable relative position bring each other the advantage that at least at ge slight tilting of the displacement measuring device relative to the position transmitter or reference part the distance between one Sensor and the position sensor changes by the same amount as the distance between the other sensor and the reference part - but with a different sign. In other words, it increases when tilting or tilting the distance measuring device, the distance between the one sensor and the position encoder by the same Measure how the distance between the other sensor and the Reference part reduced or vice versa. This dependence at error-related changes in distance enable an effortlessly Error compensation, so that the torques to be determined are free of such errors and are reproducible.

Hinsichtlich der Anordnung der Wegmeßeinrichtung bzw. der Sensoren der Wegmeßeinrichtung ist es von besonderem Vorteil, wenn die Flächen des Positionsgebers und des Referenzteils einander gegenüberliegend und die Sensoren zwischen diesen Flächen angeordnet sind. Bei einer solchen Anordnung der Sensoren zwischen dem Positionsgeber und dem Referenzteil würden die Sensoren in einander entgegengesetzter Richtung gegen die Flächen messen, wobei die Axialverschiebung des Positionsgebers - als Maß für das auftretende Drehmoment - als Differenzweg (Differenz zwischen der Beabstandung bei Drehmomentübertragung und der Beabstandung ohne Drehmomentübertragung) ermittelbar ist. Dazu könnten die Sensoren in besonders vorteilhafter Weise eine gemeinsame Längsachse aufweisen, wobei jedoch lediglich die starre Anordnung der Sensoren zueinander zwingend erforderlich ist.With regard to the arrangement of the displacement measuring device or the sensors the measuring device, it is particularly advantageous if the surfaces of the position sensor and the reference part each other opposite and the sensors arranged between these surfaces are. With such an arrangement of the sensors between the position sensor and the reference part would be the sensors in measure in opposite directions against the surfaces, the axial displacement of the position encoder - as a measure of the occurring torque - as a difference path (difference between the torque transmission spacing and the spacing without torque transmission) can be determined. To the sensors could be a common one in a particularly advantageous manner Have longitudinal axis, but only the rigid arrangement of the sensors to each other is absolutely necessary is.

Alternativ dazu könnten die Flächen des Positionsgebers und des Referenzteils einander entgegengesetzt angeordnet sein, so daß die Sensoren der Wegmeßeinrichtung auf entgegengesetzten Seiten der Flächen angeordnet sein müßten. Im Falle einer solchen Anordnung wären die Sensoren mit ihren aktiven Seiten gegen die Flächen des Positionsgebers und des Referenzteils einander entgegengerichtet bzw. aufeinanderzugerichtet, wobei die Axialverschiebung wie bei der zuvor erörterten Ausführungsform als Differenzweg ermittelbar ist. Im Rahmen einer solchen Anordnung könnte sich die Wegmeßeinrichtung jochähnlich um den Positionsgeber und das Referenzteil herum erstrecken.Alternatively, the surfaces of the position transmitter and the Reference part to be arranged opposite to each other, so that the sensors of the displacement measuring device on opposite sides of the surfaces should be arranged. In the case of such an arrangement would be the sensors with their active sides against the Surfaces of the position sensor and the reference part face each other or directed towards each other, the axial displacement as in the previously discussed embodiment as a difference path can be determined. As part of such an arrangement the path measuring device could yoke-like around the position transmitter and extend the reference part around.

Hinsichtlich der numerischen Ermittlung des Drehmoments ist es in vorteilhafter Weise möglich, den zuvor erörterten Differenzweg aus der Summe der Abstände zwischen den Sensoren und den Flächen des Positionsgebers und des Referenzteils zu ermitteln, zumal die Summe der Abstände auch bei Verkippen der Wegmeßeinrichtung ohne Auftreten eines Drehmoments stets konstant bleibt. Des weiteren könnte von der Summe der Abstände zwischen den Sensoren und den Flächen der Abstand zwischen den aktiven Seiten der Sensoren abgezogen werden, wodurch eine mögliche thermische Ausdehnung der Sensoren bzw. der Wegmeßeinrichtung eliminiert würde.With regard to the numerical determination of the torque, it is possible in an advantageous manner, the previously discussed difference path from the sum of the distances between the sensors and determine the areas of the position transmitter and the reference part, especially since the sum of the distances even when the displacement measuring device is tilted always constant without the occurrence of a torque remains. Furthermore, the sum of the distances between the sensors and the surfaces the distance between the active Sides of the sensors are pulled off, creating a possible thermal expansion of the sensors or the displacement measuring device would be eliminated.

Ebenso könnte zur Bildung des Differenzweges von der Summe der Abstände zwischen den Sensoren und den Flächen ein den Abständen zwischen den Sensoren und den Flächen bei Drehmoment Null entsprechender Festwert abgezogen werden. Bei einer solchen Verfahrensweise ließe sich automatisch auch die Drehmomentrichtung ermitteln, zumal die Relativbewegung der beiden Flächen je nach Drehrichtung einen positiven oder negativen Differenzweg ergeben würde. Zur thermischen Kompensation könnten in vorteilhafter Weise die relativ zueinander verdrehbaren Teile und die Wegmeßeinrichtung in etwa den gleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.Likewise, to form the difference path from the sum of the Distances between the sensors and the surfaces and the distances between the sensors and the surfaces at zero torque corresponding fixed value are deducted. With one The torque direction could also be used automatically determine, especially since the relative movement of the two surfaces each a positive or negative difference path depending on the direction of rotation would result. For thermal compensation could be more advantageous Way the relatively rotatable parts and the Displacement measuring device in approximately the same thermal expansion coefficient exhibit.

Damit nun die Wegmeßeinrichtung keinen Schwingungen oder Bewegungen der relativ zueinander drehbaren Teile ausgesetzt ist, ist die Wegmeßeinrichtung zweckmäßigerweise an einer festste henden Referenzstelle zu befestigen. Die Wegmeßeinrichtung ragt sozusagen von außerhalb entweder zwischen den Positionsgeber und das Referenzteil oder in einen Bereich um den Positionsgeber und das Referenzteil herum bis nahe an die äußeren Flächen.So that the displacement measuring device no vibrations or movements exposed to rotatable parts the position measuring device is expediently on a fixed one to fix the reference point. The measuring device protrudes so to speak from outside either between the position transmitter and the reference part or in an area around the position transmitter and the reference part around to close to the outer surfaces.

Der Positionsgeber und das Referenzteil selbst können in weiter vorteilhafter Weise als parallel zueinander angeordnete und jeweils einem der Teile zugeordnete Ringe mit parallelen Ringflächen ausgeführt sein. Diese Ringe lassen sich beispielsweise gemeinsam mit den Teilen schmelztechnologisch oder sintertechnologisch herstellen. Alternativ könnten die Ringe als integrale Bestandteile der Teile tiefgezogen und ggf. sonstwie nachgearbeitet werden. Jedenfalls ist es konstruktionstechnisch von besonderem Vorteil, wenn die Ringe als integrale Bestandteile der Teile ausgeführt sind.The position transmitter and the reference part itself can continue in advantageously as parallel to each other and each one of the parts assigned rings with parallel ring surfaces be executed. These rings can be used, for example together with the parts melt technology or sinter technology produce. Alternatively, the rings could be integral Components of the parts are deep-drawn and, if necessary, otherwise be reworked. In any case, it is construction engineering Of particular advantage if the rings are integral parts of the parts are executed.

Der Positionsgeber und das Referenzteil können - wie die Teile selbst - aus einem korrosionsresistenten Material bestehen. Ebenso ist es jedoch - insbesondere unter dem Gesichtspunkt einer materialmäßigen Kostenersparnis - denkbar, daß lediglich die Flächen des Positionsgebers und des Referenzteils mit einem korrosionsresistenten Material beschichtet sind. Eine solche Beschichtung hat den großen Vorteil, daß eine Korrosion und eine damit verbundene Abstandsverringerung zu den Sensoren ausgeschlossen ist, wodurch eine weitere Fehlerquelle vermieden ist.The position encoder and the reference part can - like the parts itself - consist of a corrosion-resistant material. It is the same, however - especially from the point of view of one Material cost savings - conceivable that only the surfaces of the position encoder and the reference part with a corrosion-resistant material are coated. Such Coating has the great advantage that corrosion and an associated reduction in distance to the sensors excluded is avoided, whereby another source of error is.

Die Auswertung der von den Sensoren generierten Signale kann so erfolgen, daß die jeweils den Abstand zwischen Sensor und Fläche repräsentierenden Ausgangssignale der Sensoren demoduliert, linearisiert, addiert und ggf. um einen dem Abstand zwischen den Meßflächen der Sensoren entsprechenden - konstanten - Wert verringert werden. Weitere Aufbereitungen der Ausgangssignale der Sensoren sind denkbar. Erörterungen hierzu erübrigen sich unter Hinweis auf den einschlägigen Stand der Technik.The evaluation of the signals generated by the sensors can thus that the distance between the sensor and the surface representing the output signals of the sensors, linearized, added and possibly by a distance between constant measuring value corresponding to the measuring surfaces of the sensors be reduced. Further processing of the output signals of the sensors are conceivable. There is no need to discuss this with reference to the relevant state of the art.

Die zur Abstands- bzw. Wegmessung verwendeten Sensoren der Wegmeßeinrichtung können induktiv oder nach dem Wirbelstromprinzip arbeiten. Hierzu wird ebenfalls auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen.The sensors of the displacement measuring device used for distance or displacement measurement can be inductive or based on the eddy current principle work. This is also based on the relevant status of Technology referred.

Schließlich ist hervorzuheben, daß der erfindungsgemäße Drehmomentgeber im Vergleich zum eingangs erläuterten Stand der Technik einen wesentlich geringeren Durchmesser aufweist. Dadurch ist einerseits der Raumbedarf erheblich verringert, andererseits die Meßgenauigkeit aufgrund der geringeren zu beschleunigenden Masse verbessert.Finally, it should be emphasized that the torque sensor according to the invention compared to the prior art explained at the beginning has a much smaller diameter. Thereby the space requirement is considerably reduced on the one hand, on the other hand the measurement accuracy due to the lower to be accelerated Mass improved.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung zweier Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigtThere are now several ways of teaching the present To design and develop the invention in an advantageous manner. On the one hand, this is based on the claim 1 subordinate claims, on the other hand to the following explanation two embodiments of the invention based on the Reference drawing. In connection with the explanation of the preferred embodiments of the invention based on the Drawing are also generally preferred configurations and further training of teaching explained. In the drawing shows

Fig. 1 in geschnittener Darstellung, schematisch, ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehmo mentgebers, Fig. 1 in a sectional view, schematically, a first embodiment of an inventive encoder Drehmo ment,

Fig. 2 in geschnittener Darstellung, schematisch, ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehmomentgebers und Fig. 2 in a sectional view, schematically, a second embodiment of a torque sensor according to the invention and

Fig. 3 in einem Blockdiagramm, schematisch, das Meßprinzip und eine Auswertemöglichkeit des Drehmomentgebers aus Fig. 1. Fig. 3 is a block diagram schematically, the principle of measurement and evaluation capability of the torque sensor in FIG. 1.

Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehmomentgebers. Nachfolgend werden - insbesondere zum besseren Verständnis der erfindungsgemäßen Lehre - lediglich diejenigen Teile des Drehmomentgebers beschrieben, die zum Verständnis der erfindungsgemäßen Lehre beitragen. Hinsichtlich weiterer hier nicht erwähnter Merkmale des Drehmomentgebers wird ausdrücklich auf die DE 39 07 707 A1 verwiesen. Figs. 1 and 2 each show an embodiment of a torque sensor according to the invention. Only those parts of the torque transmitter which contribute to an understanding of the teaching according to the invention are described below, in particular for a better understanding of the teaching according to the invention. With regard to further features of the torque transmitter not mentioned here, reference is expressly made to DE 39 07 707 A1.

Der in Fig. 1 gezeigte Drehmomentgeber weist zwei zur Drehmomentübertragung dienende, relativ zueinander verdrehbare Teile 1, 2 auf. Des weiteren sind ein Positionsgeber 3 und eine zwei berührungslos arbeitende Sensoren 4, 5 aufweisende Wegmeßeinrichtung 6 zum Detektieren der axialen Position des Positionsgebers 3 relativ zu einem Referenzteil 7 vorgesehen. Die Teile 1, 2 sind über in den Figuren nicht gezeigte Biegebalken miteinander und über ebenfalls in den Figuren nicht gezeigte Hebel mit dem Positionsgeber 3 verbunden, so daß es bei einer Drehmomentübertragung zwischen den Teilen 1, 2 zu einer drehmomentproportionalen Relativdrehung der Teile 1, 2 und über die nicht gezeigten Hebel zu einer Axialverschiebung des Positionsgebers 3 kommt. Gleiches gilt für das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Drehmomentgebers.The torque sensor shown in FIG. 1 has two parts 1, 2 which are rotatable relative to one another and are used for torque transmission. Furthermore, a position transmitter 3 and a displacement sensor 6 having two contactless sensors 4, 5 are provided for detecting the axial position of the position transmitter 3 relative to a reference part 7 . The parts 1, 2 are connected via not shown in the figures, bending beam to one another and also not shown in the figures lever with the position sensor 3 so that it in a torque transmission between the parts 1, 2 to a torque proportional relative rotation of the parts 1, 2 and there is an axial displacement of the position transmitter 3 via the levers, not shown. The same applies to the embodiment of a torque sensor according to the invention shown in FIG. 2.

Erfindungsgemäß weisen der Positionsgeber 3 und das Referenzteil 7 im wesentlichen parallel zueinander ausgebildete Flächen 8, 9 auf. Die Fig. 1 und 2 zeigen des weiteren, daß die Sensoren 4, 5 eine unveränderbare Relativlage zueinander haben und dabei derart angeordnet sind, daß sie gegen die Flächen 8, 9 in einander entgegengesetzter Richtung (Fig. 1), d. h. voneinander weg, oder einander entgegengerichtet (Fig. 2), d. h. aufeinander zu, messen.According to the invention, the position transmitter 3 and the reference part 7 have surfaces 8, 9 which are essentially parallel to one another. Figs. 1 and 2 show further that the sensors 4, 5 an invariable relative position have to one another and are arranged such that they against the surfaces 8, 9 in opposite directions (Fig. 1), ie away from each other, or facing each other ( Fig. 2), ie towards each other, measure.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Flächen 8, 9 des Positionsgebers 3 und des Referenzteils 7 einander gegenüberliegend und die Sensoren 4, 5 zwischen den Flächen 8, 9 bzw. zwischen dem Positionsgeber 3 und dem Referenzteil 7 so angeordnet, daß die Sensoren 4, 5 in einander entgegengesetzter Richtung gegen die Flächen 8, 9 messen, wobei die bei durchlaufendem Drehmoment auftretende Axialverschiebung des Positionsgebers 3 als Differenzweg ermittelbar ist.In the embodiment shown in Fig. 1, the surfaces 8, 9 of the position sensor 3 and the reference part 7 are opposite each other and the sensors 4, 5 between the surfaces 8, 9 or between the position sensor 3 and the reference part 7 so that the Measure sensors 4, 5 in opposite directions against the surfaces 8, 9 , the axial displacement of the position sensor 3 which occurs when the torque is passing through being able to be determined as the difference path.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Flächen 8, 9 des Positionsgebers 3 und des Referenzteils 7 entgegengesetzt und die Sensoren 4, 5 auf entgegengesetzten Seiten der Flächen 8, 9, aufeinander zu gerichtet, angeordnet. Diese Anordnung bewirkt, daß die Sensoren 4, 5 einander entgegengerichtet gegen die Flächen 8, 9 messen und daß die Axialverschiebung des Positionsgebers 3 entsprechend als Differenzweg ermittelbar ist.In the embodiment shown in FIG. 2, the surfaces 8, 9 of the position transmitter 3 and the reference part 7 are opposite and the sensors 4, 5 are arranged on opposite sides of the surfaces 8, 9 , facing each other. This arrangement has the effect that the sensors 4, 5 measure in opposite directions against the surfaces 8, 9 and that the axial displacement of the position sensor 3 can be determined accordingly as a difference path.

In den Fig. 1 und 2 ist lediglich angedeutet, daß die Wegmeßeinrichtung 6 an einer feststehenden Referenzstelle 10 befestigt ist. Dabei ragt die Wegmeßeinrichtung 6 entweder zwischen den Positionsgeber 3 und das Referenzteil 7 (Fig. 1) oder jochähnlich um den Positionsgeber 3 und das Referenzteil 7 herum (Fig. 2).In Figs. 1 and 2 is merely indicated that the displacement measuring device is fastened to a fixed reference point 10. 6 The displacement measuring device 6 projects either between the position transmitter 3 and the reference part 7 ( FIG. 1) or in a yoke-like manner around the position transmitter 3 and the reference part 7 ( FIG. 2).

Des weiteren zeigen die Fig. 1 und 2, daß der Positionsgeber 3 und das Referenzteil 7 parallel zueinander angeordnet und als jeweils einem der Teile 1, 2 zugeordnete Ringe mit parallelen Ringflächen ausgeführt sind. Lediglich andeutungsweise läßt sich den Figuren entnehmen, daß die Ringe integrale Bestandteile der Teile 1, 2 sind. Furthermore, FIGS. 1 and 2 show that the position transmitter 3 and the reference part 7 are arranged parallel to one another and are designed as rings with parallel ring surfaces, each associated with one of the parts 1, 2 . The figures only indicate that the rings are integral parts of parts 1, 2 .

Fig. 3 zeigt im Rahmen eines schematischen Blockdiagramms einerseits das Meßprinzip des in Fig. 1 dargestellten Drehmomentgebers, andererseits die Verarbeitung bzw. Aufbereitung der von den Sensoren 4, 5 kommenden Signale. FIG. 3 shows, in the context of a schematic block diagram, on the one hand the measuring principle of the torque transmitter shown in FIG. 1, on the other hand the processing or preparation of the signals coming from the sensors 4, 5 .

Die Sensoren 4, 5 werden zunächst über einen Oszillator 11 gespeist. Die Sensoren 4, 5 sind mit ihren Spulen 12, 13 zwischen dem Positionsgeber 3 und dem Referenzteil 7 bzw. zwischen deren Flächen 8, 9 angeordnet. Die den Abständen zwischen den Sensoren 4, 5 und dem Positionsgeber 3 bzw. dem Referenzteil 7 entsprechenden Ausgangssignale der Sensoren 4, 5 werden zunächst demoduliert (14), dann linearisiert (15) und schließlich addiert (16). Ggf. wird der addierte Wert um einen der Summe der beiden Abstandswerte beim Drehmoment Null entsprechenden Festwert verringert. Eine thermische Kompensation kann dadurch erreicht werden, daß die Teile 1, 2 und die Wegmeßeinrichtung 6 weitgehend dengleichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.The sensors 4, 5 are initially fed via an oscillator 11 . The sensors 4, 5 are arranged with their coils 12, 13 between the position transmitter 3 and the reference part 7 or between their surfaces 8, 9 . The output signals of the sensors 4, 5 corresponding to the distances between the sensors 4, 5 and the position sensor 3 or the reference part 7 are first demodulated ( 14 ), then linearized ( 15 ) and finally added ( 16 ). Possibly. the added value is reduced by a fixed value corresponding to the sum of the two distance values at zero torque. Thermal compensation can be achieved in that the parts 1, 2 and the displacement measuring device 6 have largely the same thermal expansion coefficient.

Die verwendeten Sensoren 4, 5 können induktiv oder nach dem Wirbelstromprinzip arbeiten, wozu auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen wird.The sensors 4, 5 used can work inductively or according to the eddy current principle, for which reference is made to the relevant prior art.

Schließlich sei hervorgehoben, daß die erfindungsgemäße Lehre durch die voranstehenden Ausführungsbeispiele lediglich erläutert, jedoch keinesfalls eingeschränkt ist. Vielmehr läßt sich die erfindungsgemäße Lehre auch bei Drehmomentgebern realisieren, die andere konstruktive Merkmale aufweisen.Finally, it should be emphasized that the teaching according to the invention merely explained by the above exemplary embodiments, but is in no way restricted. Rather, implement the teaching according to the invention also with torque transmitters, which have other design features.

BezugszeichenReference numerals

1 Teil
2 Teil
3 Positionsgeber
4 Sensor
5 Sensor
6 Wegmeßeinrichtung
7 Referenzteil
8 Fläche des Positionsgebers
9 Fläche des Referenzteils
10 Referenzstelle
11 Oszillator
12 Spule
13 Spule
(14) Demodulation
(15) Linearisation
(16) Addition 1 part
2 part
3 position sensors
4 sensor
5 sensor
6 position measuring device
7 reference part
8 Position of the position transmitter
9 area of the reference part
10 reference point
11 oscillator
12 spool
13 coil
( 14 ) Demodulation
( 15 ) linearization
( 16 ) addition

Claims

1. Torque sensor with two parts ( 1, 2 ) that are rotatable relative to one another for torque transmission, a position sensor ( 3 ) and a position measuring device ( 6 ) that has at least two non-contact sensors ( 4, 5 ) for detecting the axial position of the position sensor ( 3 ) relative to a reference part ( 7 ), the parts ( 1, 2 ) being connected to one another via bending beams or the like and to the position transmitter ( 3 ) via levers or the like, so that there is a torque transmission between the parts ( 1, 2 ) for a torque-proportional relative rotation of the parts ( 1, 2 ) and, via the levers, for an axial displacement of the position transmitter ( 3 ), characterized in that the position transmitter ( 3 ) and the reference part ( 7 ) have surfaces ( 8 , 9 ) and that the sensors ( 4, 5 ) have an unchangeable relative position to one another and are arranged in such a way that they are against the Measure surfaces ( 8, 9 ) in opposite or opposite directions.

2. Torque sensor according to claim 1, characterized in that the surfaces ( 8, 9 ) opposite one another and the sensors ( 4, 5 ) between the surfaces ( 8, 9 ) are arranged so that the sensors ( 4, 5 ) in opposite directions Measure the direction against the surfaces ( 8, 9 ) and that the axial displacement of the position sensor ( 3 ) can be determined as the differential path.

3. Torque sensor according to claim 1, characterized in that the surfaces ( 8, 9 ) opposite each other and the sensors ( 4, 5 ) on opposite sides of the surfaces ( 8, 9 ) are arranged so that the sensors ( 4, 5 ) measure against each other against the surfaces ( 8, 9 ) and that the axial displacement can be determined as a difference.

4. Torque sensor according to claim 2 or 3, characterized in that the difference path from the sum of the distances between the sensors ( 4, 5 ) and the surfaces ( 8, 9 ) can be determined.

5. Torque sensor according to claim 2 or 3, characterized in that the difference path from the sum of the distances between the sensors ( 4, 5 ) and the surfaces ( 8, 9 ) minus the distance between the active sides of the sensors ( 4, 5 ) can be determined.

6. Torque sensor according to claim 2 or 3, characterized in that the difference path from the sum of the distances between the sensors ( 4, 5 ) and the surfaces ( 8, 9 ) minus one of the distances between the sensors ( 4, 5 ) and Areas ( 8, 9 ) can be determined at a fixed value corresponding to zero torque.

7. Torque sensor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the relatively rotatable parts ( 1, 2 ) and the displacement measuring device ( 6 ) have approximately the same thermal expansion coefficient.

8. Torque sensor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the displacement measuring device ( 6 ) is attached to a fixed reference point ( 10 ).

9. Torque sensor according to one of claims 1 to 8, characterized in that the position sensor ( 3 ) and the reference part ( 7 ) are designed as parallel to each other and each one of the parts ( 1, 2 ) assigned rings with parallel ring surfaces.

10. Torque sensor according to claim 9, characterized in that the rings are integral parts of the parts ( 1, 2 ).

11. Torque sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least the position sensor ( 3 ) and the reference part ( 7 ) are made of a corrosion-resistant material.

12. Torque sensor according to one of claims 1 to 10, characterized in that at least the surfaces ( 8, 9 ) of the position sensor and the reference part are coated with a corrosion-resistant material.

13. Torque sensor according to one of claims 1 to 12, characterized in that the respective distance between the sensor ( 4, 5 ) and surface ( 8, 9 ) representing output signals of the sensors ( 4, 5 ) demodulated, linearized, added and optionally be reduced by a constant value corresponding to the distance between the measuring surfaces of the sensors ( 4, 5 ).

14. Torque sensor according to one of claims 1 to 13, characterized in that the sensors ( 4, 5 ) work inductively.

15. Torque sensor according to one of claims 1 to 13, characterized in that the sensors ( 4, 5 ) work on the eddy current principle.